TỔNG HỢP ETYLEN OXIT ETYLEN OXIT CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ETYLEN OXIT I. CẤU TẠO PHÂN TỬ Etylen oxit là hợp chất hữu cơ có công thức là C 2 H 4 O, còn có tên gọi khác là oxiran Về nguồn gốc Etylen oxit lần đầu tiên được tìm ra vào năm 1859 bởi bởi nhà hóa học người Pháp Charles-Adolphe Wurtz, xuất phát từ phản ứng: Cl–CH 2 CH 2 –OH + KOH → (CH 2 CH 2 )O + KCl + H 2 O Etylen oxit có cấu tạo dạng mạch vòng (một nguyên tử oxy liên kết với hai nguyên tử cacbon của ankan, tạo thành một vòng) Vì có cấu tạo đặc biệt nên EO dễ có phản ứng mở vòng và phản ứng trùng hợp II. TÍNH CHẤT VẬT LÝ Etylen oxit là chất khí ở 25°C, không màu, không mùi nhưng có vị ngọt, dễ cháy ở nhiệt độ thường. Dễ hòa tan trong nước và các dung môi hữu cơ. Độ nhớt của chất lỏng etylen oxit ở 0 ° C thấp hơn so với nước khoảng 5,5 lần. Là 1 chất độc hại, có thể gây ngộ độc, kích ứng da và có thể gây ung thư. Rất nguy hiểm khi sử dụng và tiếp xúc trực tiếp Dễ gây cháy nổ, dung dịch 4% trong nước có thể cháy. Các thông số vật lý của etylen oxit III. TÍNH CHẤT HÓA HỌC 1. Phản ứng tự phân hủy: Tự phân hủy ở khoảng 400 o C tạo sản phẩm chính CO, CH 4 cùng C 2 H 6 , C 2 H 4 , H 2 , C, CH 3 CHO. Vì tính chất này mà việc bảo quản và vận chuyển phải được tiến hành đặc biệt - Thiết bị bằng thép không gỉ. - Thiết bị chứa phải bơm vào N 2 2. . Phản ứng với hợp chất chứa Hydro linh động 3. Phản ứng với nước Etylen oxit phản ứng với nước trong điều kiện có xúc tác H + Tạo EG là hợp chất có quan trọng nhất. Sản phẩm của phản ứng phụ thuộc tỷ lệ EO/H 2 O (CH 2 CH 2 )O + H 2 O → HO–CH 2 CH 2 –OH 2 (CH 2 CH 2 )O + H 2 O → HO–CH 2 CH 2 –O–CH 2 CH 2 –OH 3 (CH 2 CH 2 )O + H 2 O → HO–CH 2 CH 2 –O–CH 2 CH 2 –O–CH 2 CH 2 –OH n (CH 2 CH 2 )O + H 2 O → HO–(CH 2 CH 2 –O–) n H 4. Phản ứng tạo Ethylene Glycol Ether (EGE): (CH 2 CH 2 )O + ROH → HOCH 2 CH 2 OR (CH 2 CH 2 )O + HOCH 2 CH 2 OR → HOCH 2 CH 2 OCH 2 CH 2 OR (CH 2 CH 2 )O + HOCH 2 CH 2 OCH 2 CH 2 OR→ HOCH 2 CH 2 OCH 2 CH 2 OCH 2 CH 2 OR 5. Phản ứng tạo Ethanolamine: CH 2 CH 2 O + NH 3 → HOCH 2 CH 2 NH 2 2(CH 2 CH 2 )O + NH 3 → (HOCH 2 CH 2 ) 2 NH 3(CH 2 CH 2 )O + NH 3 → (HOCH 2 CH 2 ) 3 N ỨNG DỤNG Tuy là một chất độc hại nhưng EO có vai trò quan trọng trong việc tổng hợp các hóa chất trong công nghệ hóa học như các chất tẩy rửa, chất làm đặc, dung môi, in ấn, nhuộm… EO tinh khiết còn được dùng để khử trùng các thiết bị y tế như bông băng, chỉ khâu, dụng cụ phẫu thuật…trong bệnh viện. Vì có khả năng diệt vi khuẩn và nấm mốc nên EO còn được dùng để bảo quản thực phẩm Khi phân hủy Etylen Oxit sẽ tạo ra 1 năng lượng rất lớn, khi kết hợp với nitromethane sẽ có thể ứng dụng trong động cơ phản lực. Đây là biểu đồ biểu thị các sản phẩm được sản xuất ra từ Etylen Oxit Từ biểu đồ trên ta thấy rằng Etylen Oxit chủ yếu được dùng để tổng hợp Etylen glycol khi chiếm đến 65% tổng sản lượng. Ứng dụng của các chất khác được sản xuất từ Etylen Oxit • Monoethylene Glycol: Sử dụng làm hóa chất chống đông, sản xuất PET, chất tải nhiệt… • Diethylene Glycol: Sử dụng sản xuất Polyurethanes, Polyesters, chất làm mềm, chất làm dẻo, sử dụng trong sấy khí, dung môi • Triethylene Glycol: Sử dụng sản xuất sơn, làm dung môi, chất làm mềm, chất giữ độ ẩm… • Poly Ethylene Glycol: Sử dụng làm thuốc mỡ, dầu bôi trơn, dung môi (trong sơn, thuốc…), sử dụng trong mỹ phẩm… • Ethylene Glycol Ether: Sản xuất chất hoạt động bề mặt, thuốc tẩy, dung môi, dầu phanh, dung môi để loại SO 2 , H 2 S, CO 2. Sản xuất Alcohol Ethoxysulfates (AES) theo phản ứng: R(OC 2 H 4 ) n OH + SO 3 → R(OC 2 H 4 ) n OSO 3 H • Ethanolamine: Sử dụng trong công nghiệp dệt, mỹ phẩm, xà phòng, thuốc tẩy… • Sản phẩm quá trình Ethoxyl hóa: Sản phẩm phản ứng của EO với rượu béo, amin béo, alkyl phenol… sử dụng làm chất hoạt động bề mặt, chất phân tán, chất tẩy rửa thân thiện môi trường… IV. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT SỬ DỤNG Tình hình sản xuất etylen oxit trên thế giới năm 2004 CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT 1. Quá trình Etylen Clohydrin: Cl 2 + H 2 O ↔ ClOH + HCl CH 2 =CH 2 + ClOH ↔ CH 2 OH-CH 2 Cl 2. Quá trình oxy hóa trực tiếp etylen a. Hóa học quá trình: b. Xúc tác: Xúc tác được sử dụng là Ag (7-20%) trên chất mang. Chất mang: đường kính mao quản lớn, bề mặt riêng nhỏ, người ta dùng α- Al 2 O 3 , SiO 2 – Al 2 O 3 … Ngoài ra còn có các chất phụ trợ: hợp chất kim loại kiềm, kiềm thổ (100- 500mg/kg). Các hợp chất của Cl (EDC, VC…) giảm các phản ứng cháy. Độ chọn lọc của quá trình lên đến 90%. c. Nguyên liệu Có 2 nguyên liệu chính là Etylen và khí oxi với các điều kiện: Trong etylen : Hàm lượng C 2 H 2 , S, CO < 2 ppm. Để có thể thỏa mãn điều kiện trên người ta lựa chọn Etylen từ quá trình steam cracking Đối với oxi thì đơn giản hơn khi có thể dùng Oxy tinh khiết hoặc không khí. d. Điều kiện phản ứng - Nhiệt độ: 260-290 o C - Áp suất: 1-3 Mpa - Thời gian phản ứng: 1-4s - Tỉ lệ phản ứng: phụ thuộc dùng oxy hay không khí Phải duy trì nồng độ etylen < 3% thể tích dưới giới hạn nổ nên dùng khí trơ: N 2 , CH 4 . e. Thiết bị phản ứng Phản ứng pha khí xúc tác rắn. - Thiết bị ống chùm: + Đường kính 12-50mm + Chiều dài 12m + Bằng thép không gỉ - Tách nhiệt phản ứng bằng dòng kerosen chảy ngoài ống f. Các sản phẩm phụ Sản phẩm phụ của quá trình chủ yếu là CO 2 , ngoài ra còn Etylen Glycol, formaldehit, Axetaldehit.